一种填充发泡材料的油井防砂方法与流程

1.本发明涉及油井防砂技术领域，具体涉及一种填充发泡材料的油井防砂方法。


背景技术：

2.油气井出砂是指油井或气井在生产过程中，由于地质条件、开采方式以及措施作业等各种综合因素造成井底附近地层的岩石结构变化，导致地层离散砂或脱落砂被地层产出流体携带进入井筒或地面，从而对油气井正常生产造成一系列不利影响的过程或现象。
3.解决油气井出砂问题的主要途径是采取防砂技术阻止地层产出砂进入井筒，或人工加强附近地层岩石的固结程度从而达到控制地层出砂。现有的防砂技术主要分为机械防砂和化学防砂两大类，具体又可以分为筛管防砂技术、砾石充填防砂技术、压裂防砂技术、人工井壁防砂技术、化学固砂技术等。
4.其中，化学固砂技术是往油层中挤入化学固砂剂，从而将疏松的砂粒胶结起来，达到防止地层出砂的目的。它具有施工工艺简单、井筒不留管柱等优点，是一种应用较广泛的防砂技术。但是，化学固砂技术在实际应用过程中，存在着防砂有效期短、作业成本高、储层伤害大等问题。为了提高化学固砂技术的应用效果，科研技术人员相继对化学防砂技术进行了研究与改进，其中，填充发泡材料进行防砂是一个重要的研究方向。
5.中国专利(cn1168407a)公开了一种高温泡沫树脂防砂固砂剂配方工艺，这种耐高温泡沫树脂防砂固砂剂包括改性酚醛树脂、耐热助剂、互溶稀释剂、偶联剂、发泡剂，所用的发泡剂为铝粉。将防砂固砂剂注入地层后，再注入引发固化剂(酸液) 与发泡剂反应产生气泡，生成泡沫，同时与改性酚醛树脂反应，使酚醛树脂固化。一方面，能够将疏松砂粒胶结固化，另一方面，可以在井壁形成固体泡沫挡砂层。但是，这种工艺在现场效果并不理想，主要存在以下几方面的问题：(1)注入的固砂剂仍为溶液体系，注入后再注入引发固化剂才能生成泡沫，树脂的用量没有减少，作业成本高；(2)与常规化学固砂一样，固砂剂会进入地层岩石孔隙，造成储层伤害；(3)由于铝粉是分散包裹在酚醛树脂中，后期注入的引发固化剂(酸液)很难与铝粉接触，反应不充分，发泡效果差。
6.中国专利(cn106634920a)公开了一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂及其制备方法。该泡沫树脂防砂剂由胶结剂、起泡剂、稳泡剂、固化剂、偶联剂组成。其中胶结剂是树脂与水的乳液。在地面将树脂防砂剂制备成泡沫，直接注入油井中，利用泡沫的特性，能够在非均质油藏中实现均匀注入，同时，利用发泡技术，增加防砂剂的体积，降低了树脂用量和成本。但是，该技术也存在一些不足之处：(1)其防砂原理仍然与常规化学固砂技术相同，都是利用树脂材料将疏松砂岩胶结固化，由于井下复杂情况，存在部分砂粒不能与树脂接触吸附，从而导致胶结固化效果差，影响防砂有效期；(2)防砂剂的大部分成分是水，树脂分散在水中，因此，固化后不能在井壁处形成固化的泡沫防砂层。
7.中国专利(cn111810097a)公开了一种颗粒物填充完井管柱及颗粒物填充完井方法，利用可溶解管将遇水膨胀的干燥颗粒物填充在外管柱外层，下入油井后，注入溶解液将可溶解管溶解掉，使得颗粒物与流体接触，发生膨胀，逐渐将外管柱与开发井井眼的井壁之
间的空间充满。干燥颗粒物采用的是聚氨酯聚合物或发泡苯乙烯聚合物。这两种材料通过吸水才能发生膨胀，耐水解性差，在水中长期浸泡后，容易水解，强度大幅降低；另外，这两种材料耐温性差，不适合于高温油井防砂。


技术实现要素：

8.为了弥补现有化学固砂技术的不足，本发明提供一种填充发泡材料的油井防砂方法，既保留了泡沫材料的挡砂性能，又能够减少泡沫材料进入地层的用量，从而降低成本、减少储层伤害，满足油田开发生产的需要。
9.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
10.一种填充发泡材料的油井防砂方法，包括以下步骤：
11.使用携砂液将防砂体填入射孔孔道中，在外界条件激发下，所述防砂体发泡膨胀，并固化填充射孔孔道，从而起到防砂作用；
12.所述防砂体由固态发泡树脂材料加工而成，此时在地层温度作用下防砂体发泡膨胀；
13.或者，所述防砂体采用将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工而成，此时在地层温度或注入化学试剂作用下，可溶外壳溶解，发泡树脂液材料发泡膨胀。
14.本发明所使用的防砂体随携砂液进入射孔孔道后，在外界条件激发下发泡膨胀，固化填充在射孔孔道中，膨胀后的防砂体自适应射孔孔道结构，与孔道孔壁保持很好的贴合，形成具有开孔孔眼和渗透性的挡砂屏障，能够阻挡地层砂通过，并且允许地层流体通过，从而起到防砂作用。
15.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体由固态发泡树脂材料加工而成的过程包括：
16.将树脂加热到软化点以上，或者加入溶剂溶解成液体，然后加入添加剂混合得到发泡树脂液；之后将开孔泡沫材料浸泡在其中，捞出冷却或待溶剂挥发后，加工成防砂体。
17.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述开孔泡沫材料为具有开孔结构和一定强度的泡沫材料，包括泡沫金属、苯乙烯泡沫、高密度聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫和三聚氰胺泡沫中的一种或两种以上的组合。将这种材料通过车、铣、磨的方式加工成球体等。
18.所述防砂体采用将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工而成的过程包括：
19.将树脂加热到软化点以上，或者加入溶剂溶解成液体，然后加入添加剂混合得到发泡树脂液；
20.将发泡树脂液封装在空心可溶外壳中，加工成防砂球。
21.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述将发泡树脂液封装在空心可溶外壳中，加工成防砂球的步骤具体包括：
22.取金属铝或镁铝合金材料，通过冲压方式，加工成半圆，再将两个半圆粘合在一起，得到空心可溶外壳；
23.在空心可溶外壳上钻小孔，自此注入发泡树脂液；注入完成后用金属铝丝或镁铝合金丝将小孔封堵，并用黏合剂加固。优选地，所述小孔直径1mm-2mm。
24.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述化学试剂为盐酸和醋酸中的一种或两种的组合。
25.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述树脂选自酚醛树脂、脲醛树脂和呋喃树脂中的至少一种；
26.所述树脂为热塑性酚醛树脂时，所述添加剂包括发泡剂、固化剂、表面活性剂和增韧剂；
27.所述树脂为热固性酚醛树脂、脲醛树脂或呋喃树脂时，所述添加剂包括发泡剂、表面活性剂和增韧剂；此时可以不添加固化剂，利用地层温度进行固化；
28.所述发泡剂选自氟氯烃、正己烷、环戊烷中的至少一种；
29.所述固化剂选自六次甲基四胺、盐酸、醋酸、氯化铵、环氧树脂固化剂中的至少一种；
30.所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚乙烯醚硫酸钠、有机硅聚醚中的至少一种；
31.所述增韧剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一种；
32.所述溶剂选自乙醇、丙酮中的至少一种。
33.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，将树脂加热到软化点以上时，所述树脂、发泡剂、表面活性剂和增韧剂的重量比为100∶(1-5)∶(0.5-1.5)∶(2
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10)；
34.使用溶剂溶解树脂时，所述树脂、溶剂、发泡剂、表面活性剂和增韧剂的重量比为100∶(10-30)∶(1-5)∶(0.5-1.5)∶(2-10)。
35.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体为球体或圆柱体等形状。
36.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体的尺寸小于射孔孔道直径，能够在携砂液的推动下顺利进入射孔孔道。
37.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，膨胀前的防砂体的密度与携砂液密度相近，优选地，所述防砂体的密度为1.0g/cm
3-1.5g/cm3，有利于携砂液携带。
38.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体发泡膨胀后具有开孔孔眼，所述孔眼直径为0.05mm-0.30mm。
39.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体发泡膨胀后要具有渗透性，渗透率最好大于5达西。
40.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体发泡膨胀后要具有一定的抗压强度，抗压强度要求大于生产压差，优选大于2mpa。
41.根据本发明填充发泡材料的油井防砂方法，优选地，所述防砂体发泡膨胀后要具有一定的耐温性能，优选耐温能力大于60℃。
42.本发明的填充发泡材料的油井防砂方法的一个具体现场施工方法包括以下步骤：
43.(1)将施工管柱下入油井，且管柱下端位于射孔段底界；其中施工管柱主要由油管连接而成；
44.(2)向油管中注入洗井液，循环洗井一周后，关闭套管阀，往地层中挤入前置液；
45.(3)利用地面投球器，从井口往携砂液中投入防砂体；
46.(4)防砂体随携砂液进入射孔孔道，并逐步填充到射孔孔道中，当地面施工压力出
现明显增大趋势，表示射孔孔道全部填满，停止泵注施工；
47.(5)如果采用的防砂体采用将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工而成，则根据需要往井筒中注入化学试剂(酸液)，将空心可溶外壳溶解；在高温高含水高矿化度的油井中，可溶外壳会发生缓慢溶解，此时可不必注入酸液；
48.(6)关井12小时以上，待地层温度恢复，以及防砂体发泡膨胀和固化；
49.(7)起出施工管柱，下入生产管柱，投产。
50.本发明的有益效果包括：
51.1)本发明为单井防砂作业施工，只需将防砂体填满射孔孔道，与现有防砂技术往地层及井筒中大量填充防砂材料相比，本发明所需防砂体大幅减少，从而降低了防砂成本；并且现场施工作业简单，容易操作，不需要压裂车组等特色设备，大幅减少了现场施工费用。本发明所使用防砂体的材料来源获取容易、价格低廉、加工工艺简单，防砂体的整体制作成本低。本发明从防砂材料用量、材料成本、施工作业方面，综合降低了防砂措施的成本。
52.2)本发明防砂措施后，井筒中不留工具，方便后期其它作业，且不需要后期打捞井筒管柱。
53.3)本发明的防砂材料不会深入地层孔隙中，因此不会造成储层伤害。
54.4)本发明的油井防砂方法适应范围广，防砂效果好、不受地层含水率及井段长度的影响。
55.5)膨胀后形成的防砂体直接对射孔孔道壁面岩石起到支撑作用，从源头上防止了地层岩石的剥落破坏。
附图说明
56.图1为本发明防砂体进入射孔孔道发泡膨胀前的示意图。
57.图2为本发明防砂体进入射孔孔道发泡膨胀后的示意图。
58.图3为本发明中将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工而成的防砂体示意图。
59.图4为本发明实施例中施工管柱示意图。
60.附图标记说明：
61.1-防砂体、2-射孔孔道、3-挡砂屏障、51-空心可溶外壳、52-发泡树脂液、11-施工管柱、12-投球器。
具体实施方式
62.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
63.实施例1
64.本实施例采用固态发泡树脂材料加工成防砂体，并采用其进行油井防砂作业；包括以下过程：
65.将100g固态热塑性酚醛树脂放入容器中加入10g乙醇溶解，再加入5g正己烷、1g脂肪醇聚乙烯醚硫酸钠、10g聚乙烯搅拌均匀混合，得到发泡树脂液。
66.将开孔泡沫材料浸泡在发泡树脂液，捞出，放入40℃烘箱中烘干，再将开孔泡沫材料加工成防砂体。开孔泡沫材料采用泡沫金属(长沙力元新材料有限公司)通过车、铣、磨的方式加工成球体。
67.此时的防砂体没有发泡以及交联固化。本实施例制备的防砂体为球体尺寸为 8mm，适用于10mm以上的射孔孔道，能够在携砂液的推动下顺利进入射孔孔道。
68.膨胀前的防砂体的密度与携砂液密度相近，为1.2g/cm3，有利于携砂液携带。
69.利用携砂液将防砂体填入射孔孔道中，携砂液可以采用清水、盐水、胍胶液等。当地层温度处于发泡剂的发泡温度以上，防砂体发泡，体积膨胀变大，填充射孔孔道。膨胀后的防砂体具有开孔孔眼和渗透性，能够阻挡地层砂通过，并且允许地层流体通过，从而起到防砂作用。
70.膨胀后的防砂体形成均匀的开孔孔眼，孔眼直径在0.05mm-0.30mm。
71.防砂体实验测试：将防砂体装入玻璃管中，放入浓度10％的稀盐酸中，再放入60℃水浴中，发泡固化反应48h。注入清水测试渗透率达到5达西。加入50g粒径范围 0.05-0.30mm的混合石英砂，再通水测试挡砂性能，出砂量仅有0.056g，注入压差大于2mpa。实验表明，防砂体膨胀后具有良好的挡砂性能。
72.实施例2
73.本实施例采用固态发泡树脂材料加工成防砂体，并采用其进行油井防砂作业；包括以下过程：
74.以热塑性酚醛树脂为树脂基体，发泡剂选用氟氯烃，固化剂选用六次甲基四胺，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，增韧剂选用聚乙烯醇。
75.将树100g热塑性酚醛树脂基体放入容器中，用10g丙酮稀释成液态，再加入10 g发泡剂、2g固化剂、1g表面活性剂和15g增韧剂搅拌均匀混合。
76.将开孔泡沫材料浸泡在混合后的发泡树脂材料，捞出放入40℃烘箱中烘干，再将开孔泡沫材料加工成防砂体。开孔泡沫材料采用开孔聚乙烯泡沫(石家庄启宏新材料制品有限公司)通过车、铣、磨的方式加工成球体。
77.此时的防砂体没有发泡以及交联固化。本实施例制备的防砂体为球体尺寸为10 mm，适用于12mm以上的射孔孔道，能够在携砂液的推动下顺利进入射孔孔道。
78.膨胀前的防砂体的密度与携砂液密度相近，为1.1g/cm3，有利于携砂液携带。
79.利用携砂液将防砂体填入射孔孔道中。携砂液可以采用清水、盐水、胍胶液等。当地层温度处于发泡剂的发泡温度以上，防砂体发泡，体积膨胀变大，填充射孔孔道。膨胀后的防砂体具有开孔孔眼和渗透性，能够阻挡地层砂通过，并且允许地层流体通过，从而起到防砂作用。
80.防砂体实验测试：将防砂体装入玻璃管中，放入浓度10％的稀盐酸中，再放入60℃水浴中，发泡固化反应48h。注入清水测试渗透率达到4.5达西。加入50g粒径范围 0.05-0.30mm的混合石英砂，再通水测试挡砂性能，出砂量仅有0.047g，注入压差大于2.3mpa。实验表明，防砂体膨胀后具有良好的挡砂性能。
81.实施例3
82.本实施例采用固态发泡树脂材料加工成防砂体，并采用其进行油井防砂作业；包括以下过程：
83.以热固性酚醛树脂为树脂基体，发泡剂选用氟氯烃，不需要添加固化剂，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，增韧剂选用聚乙烯醇。
84.将100g树脂基体放入容器中加热到软化点以上，再加入15g发泡剂、2g表面活性剂和6g增韧剂搅拌均匀混合。
85.将开孔泡沫材料浸泡在混合后的发泡树脂材料，捞出放入40℃烘箱中烘干，再将开孔泡沫材料加工成防砂体。开孔泡沫材料采用开孔聚乙烯泡沫(石家庄启宏新材料制品有限公司)通过车、铣、磨的方式加工成球体。
86.此时的防砂体没有发泡以及交联固化。本实施例制备的防砂体为球体尺寸为8 mm，适用于10mm以上的射孔孔道，能够在携砂液的推动下顺利进入射孔孔道。
87.膨胀前的防砂体的密度与携砂液密度相近，为1.25g/cm3，有利于携砂液携带。
88.利用携砂液将防砂体填入射孔孔道中。携砂液可以采用清水、盐水、胍胶液等。当地层温度处于发泡剂的发泡温度以上，防砂体发泡，体积膨胀变大，填充射孔孔道。膨胀后的防砂体具有开孔孔眼和渗透性，能够阻挡地层砂通过，并且允许地层流体通过，从而起到防砂作用。
89.防砂体实验测试：将防砂体装入玻璃管中，放入浓度10％的稀盐酸中，再放入60℃水浴中，发泡固化反应48h。注入清水测试渗透率达到6.5达西。加入50g粒径范围 0.05-0.30mm的混合石英砂，再通水测试挡砂性能，出砂量仅有0.076g，注入压差大于2.7mpa。实验表明，防砂体膨胀后具有良好的挡砂性能。
90.实施例4
91.本实施例采用将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工成防砂体，并采用其进行油井防砂作业；包括以下过程：
92.以呋喃树脂为树脂基体，发泡剂选用氟氯烃，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，增韧剂选用聚乙烯醇。
93.将100g树脂基体放入容器中(不需要溶剂)，再加入10g发泡剂、2g表面活性剂和10g增韧剂搅拌均匀混合，得到发泡树脂液。
94.如图3所示，将混合后的发泡树脂液封52装在空心可溶外壳51中，加工成防砂球。空心可溶壳体51采用直径为8-10mm，壁厚为1-2mm的空心铝球。
95.空心铝球通过以下过程制备：
96.取金属铝通过冲压方式，加工成半圆，再将两个半圆粘合在一起，得到空心铝球；在空心铝球上钻直径1mm-2mm的小孔，自此注入发泡树脂液；注入完成后用金属铝丝将小孔封堵，并用黏合剂加固。
97.本实施例的防砂体按照以上实施例的方法使用时，需要往井筒中注入酸液，将空心可溶外壳溶解，发泡树脂溶液在地层温度下发泡膨胀，并酸液接触发生固化反应，形成具有开孔结构的泡沫挡砂层。
98.实施例5
99.本实施例采用将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工成防砂体，并采用其进行油井防砂作业；包括以下过程：
100.以脲醛树脂为树脂基体，发泡剂选用氟氯烃，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，增韧剂选用聚乙烯醇。
101.将100g树脂基体放入容器中(不需要溶剂)，再加入10g发泡剂、4g表面活性剂和10g增韧剂搅拌均匀混合，得到发泡树脂液。
102.如图3所示，将混合后的发泡树脂液封52装在空心可溶外壳51中，加工成防砂球。空心可溶壳体51采用直径为8-10mm，壁厚为1-2mm的空心铝球。
103.空心铝球通过以下过程制备：
104.取金属铝通过冲压方式，加工成半圆，再将两个半圆粘合在一起，得到空心铝球；在空心铝球上钻直径1mm-2mm的小孔，自此注入发泡树脂液；注入完成后用金属铝丝将小孔封堵，并用黏合剂加固。
105.本实施例的防砂体按照以上实施例的方法使用时，需要往井筒中注入酸液，将空心可溶外壳溶解，发泡树脂溶液在地层温度下发泡膨胀，并酸液接触发生固化反应，形成具有开孔结构的泡沫挡砂层。
106.实施例6
107.本实施例采用固态发泡树脂材料加工而成的防砂体进行现场施工，包括以下步骤：
108.(1)如图4所示，将施工管柱11下入油井，且管柱下端位于射孔段底界；施工管柱11主要由油管连接而成。
109.(2)利用水泥车在地面从油管中注入洗井液，循环洗井一周后，关闭套管阀，往地层中挤入前置液。
110.(3)利用地面投球器12，从井口往携砂液中投入防砂体。
111.(4)如图1所示，防砂体1随携砂液进入射孔孔道2，并逐步填充到射孔孔道2 中，当地面施工压力出现明显增大趋势，表示射孔孔道全部填满，停止泵注施工。
112.(5)关井12小时以上，待地层温度恢复，以及防砂体发泡膨胀和固化，此时如图2所示，防砂体发泡膨胀和固化形成挡砂屏障3。
113.(6)起出施工管柱，下入生产管柱，投产。
114.实施例7
115.本实施例采用将液态发泡树脂材料封装在空心可溶外壳中加工而成的防砂体进行现场施工，包括以下步骤：
116.(1)将施工管柱下入油井，且管柱下端位于射孔段底界，施工管柱主要由油管连接而成。
117.(2)利用水泥车在地面从油管中注入洗井液，循环洗井一周后，关闭套管阀，往地层中挤入前置液。
118.(3)利用地面投球器，从井口往携砂液中投入防砂球。
119.(4)防砂球随携砂液进入射孔孔道，并逐步填充到射孔孔道中，当地面施工压力出现明显增大趋势，表示射孔孔道全部填满，停止泵注施工。
120.(5)挤注一定量盐酸，将防砂球壳体溶解。
121.(6)关井12小时以上，待地层温度恢复，以及发泡树脂液发泡膨胀和固化。
122.(7)起出施工管柱，下入生产管柱，投产。
123.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可
以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。